DE102020215230A1 - Device for managing digital twins - Google Patents
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Abstract
Datenintegrationsvorrichtung (10), umfassend Eingangsschnittstellen (2a, ..., 2d), an die jeweils eine Laufzeitdaten an die Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) liefernde Vorrichtung (20a, ..., 20d) anschließbar ist, wobei die Laufzeitdaten der jeweiligen Vorrichtung (20a, ..., 20d) mittels mindestens eines der jeweiligen Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) zugeordneten und jeweils einen Aspekt der Laufzeitdaten charakterisierenden Aspektmodells (AM1, AM2) charakterisiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) mit dem jeweiligen Aspektmodell (AM1, AM2) assoziiert ist.Data integration device (10), comprising input interfaces (2a, ..., 2d), to which a runtime data to the input interface (2a, ..., 2d) supplying device (20a, ..., 20d) can be connected, wherein the Runtime data of the respective device (20a, ..., 20d) are characterized by means of at least one aspect model (AM1, AM2) assigned to the respective input interface (2a, ..., 2d) and characterizing an aspect of the runtime data, characterized in that the respective input interface (2a, ..., 2d) is associated with the respective aspect model (AM1, AM2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Datenintegrationsvorrichtung.The invention relates to a data integration device.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die Erfindung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sie ein flexibles System ermöglicht, das Laufzeitdaten ohne zusätzlichen Kommunikationsaufwand von einer Vielzahl heterogener Datenquellen verarbeiten und vereinheitlicht bereitstellen kann.In contrast, the invention with the features of
Weitere Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Further aspects of the invention are the subject matter of the independent claims. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 beispielhaft einen Einsatz der Erfindung; -
2 schematisch Datenflüssen durch die Datenintegrationsvorrichtung; -
3 schematisch einen Mechanismus zur Ankopplung einer datensendenden Vorrichtung; -
4 beispielhaft in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen Zwillings; -
5 beispielhaft von einem Aspekt-Agenten bereitgestellte Daten eines Hochofens; -
6 beispielhaft ein Aspektmodell für diesen Aspekt-Agenten; -
7 beispielhaft eine Klassen-Hierarchie zur Festlegung von Eigenschaften von Teilgraphen des Aspektmodells.
-
1 exemplary use of the invention; -
2 schematic data flows through the data integration device; -
3 schematically a mechanism for coupling a data-transmitting device; -
4 by way of example in a flow chart a method for providing a digital twin; -
5 exemplary data of a blast furnace provided by an aspect agent; -
6 an exemplary aspect model for this aspect agent; -
7 exemplarily a class hierarchy for defining properties of partial graphs of the aspect model.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
Bei den klientenseitigen Geräten (30) kann es sich beispielsweise um Wiedergabevorrichtungen handeln, aber auch um Vorrichtungen, die steuernd auf die Vorrichtungen (20) zugreifen.The client-side devices (30) can be playback devices, for example, but also devices that access the devices (20) in a controlling manner.
Es kann also vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Eingangsschnittstellen (2a, ..., 2d) mit der gleichen Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a, ..., 1k) verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mit mindestens einer Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) eine Mehrzahl Aspektmodelle (AM1,AM2) assoziiert sind, und/oder dass mindestens eine Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) mit einer Mehrzahl Aspektverarbeitungsvorrichtungen (1a, ..., 1k) verbunden ist.Provision can therefore be made for a plurality of input interfaces (2a, ..., 2d) to be connected to the same aspect processing device (1a, ..., 1k). Alternatively or additionally, it can be provided that a plurality of aspect models (AM 1 , AM 2 ) are associated with at least one input interface (2a, ..., 2d), and/or that at least one input interface (2a, ..., 2d) connected to a plurality of aspect processing devices (1a, ..., 1k).
Die Aspekt-Agenten werden als erster (1a), zweiter (1b), dritter (1c), vierter (1d), fünfter (1e), sechster (1f), siebter (1g) achter (1h), neunter (1i), zehnter (1j) und elfter (1k) Aspekt-Agent bezeichnet. Jeder der Aspekt-Agenten weißt jeweils eine Ausgangsschnittstelle (3a...3k) auf, die in gleicher Nummerierung wie die Aspekt-Agenten als erste (3a), zweite (3b), dritte (3c), vierte (3d), fünfte (3e), sechste (3f), siebte (3g), achte (3h), neunte (3i), zehnte (3j), und elfte (3k) Ausgangsschnittstelle bezeichnet, wobei der erste Aspekt-Agent (1a) die erste Ausgangsschnittstelle (3a) aufweist, der zweite die zweite, usw.The Aspect Agents are classified as First (1a), Second (1b), Third (1c), Fourth (1d), Fifth (1e), Sixth (1f), Seventh (1g), Eighth (1h), Ninth (1i), tenth (1j) and eleventh (1k) aspect agents denoted. Each of the aspect agents has an output interface (3a...3k), which is numbered like the aspect agents as first (3a), second (3b), third (3c), fourth (3d), fifth ( 3e), sixth (3f), seventh (3g), eighth (3h), ninth (3i), tenth (3j), and eleventh (3k) output interface, wherein the first aspect agent (1a) denotes the first output interface (3a ), the second the second, etc.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine erste Vorrichtung (20a) über eine erste Eingangsschnittstelle (2a) and den ersten Aspekt-Agenten (1a) und den vierten Aspekt-Agenten (1d) angekoppelt, ebenso wie eine zweite Vorrichtung (20b) über eine zweite Eingangsschnittstelle (2b).In the illustrated embodiment, a first device (20a) is coupled to the first aspect agent (1a) and the fourth aspect agent (1d) via a first input interface (2a), as is a second device (20b) via a second input interface ( 2 B).
Eine dritte Vorrichtung (20c) ist über eine dritte Eingangsschnittstelle (2c) an den neunten Aspekt-Agenten (1h) angekoppelt. Ebenso ist eine vierte Vorrichtung (20d) über eine vierte Eingangsschnittstelle (2d) ankoppelt.A third device (20c) is coupled to the ninth aspect agent (1h) via a third input interface (2c). A fourth device (20d) is also coupled via a fourth input interface (2d).
Die Eingangsschnittstellen (2a...d) sind jeweils eingerichtet, Daten der an sie jeweils angeschlossenen Vorrichtungen (20a...d) in einem für die jeweils angeschlossene Vorrichtung (20a...d) spezifischen Format zu empfangenThe input interfaces (2a...d) are each set up to receive data from the devices (20a...d) connected to them in a format specific to the respective connected device (20a...d).
Eine Ein- oder Mehrzahl (semantischer) Aspektmodelle (AM1,AM2,), vgl.
Durch die Hinterlegung im Modell-Repositorium kann jedes der Aspektmodelle (AM1,AM2) einer Mehrzahl Aspekt-Agenten (1a...1k) zugeordnet sein.By being stored in the model repository, each of the aspect models (AM 1 , AM 2 ) can be assigned to a plurality of aspect agents (1a...1k).
Jeder der Aspekt-Agenten (1a...1k) ist eingerichtet, Daten von der jeweils angeschlossenen datensendenden Vorrichtung (20a...20d) zu empfangen und zumindest einen Teil der Daten an seiner Ausgangsschnittstelle (3a...3k) zur Verfügung zu stellen.Each of the aspect agents (1a...1k) is set up to receive data from the respectively connected data-transmitting device (20a...20d) and to make at least part of the data available at its output interface (3a...3k). place.
Die Aspektmodelle (AM1, AM2) beschreiben jeweils beispielsweise die Struktur wenigstens eines Teils der vom jeweiligen auf dieses Aspektmodell (AM1,AM2) verweisenden Aspekt-Agenten (1a...k) bereitgestellten Daten, und/oder Eigenschaften der durch diesen Aspekt-Agenten (1a...k) bereitgestellten Daten.The aspect models (AM 1 , AM 2 ) each describe, for example, the structure of at least part of the data provided by the respective aspect model (AM 1 , AM 2 ) referring to aspect agents (1a...k), and/or properties of the data provided to these aspect agents (1a...k).
Die Eigenschaften der beschriebenen Daten umfassen z.B. Datentypen, mögliche bzw. zulässige Wertebereiche, und/oder eine physikalische Einheit, die die jeweiligen Daten repräsentieren.The properties of the data described include, for example, data types, possible or permissible value ranges, and/or a physical unit that represents the respective data.
Die jeweiligen von der datensendenden Vorrichtung (20a...d) empfangenen Daten werden an den Ausgangsschnittstellen (3a...k) bereitgestellt und sind dort abrufbar. Jeder Ausgangsschnittstelle (3a...k) ist hierbei auch ein Verweis auf ein oder mehrere zugehörige Aspektmodelle (AM1,AM2) zugeordnet. Über die Ausgangsschnittstelle (3a...k) sind diejenigen Daten der datensendenden Vorrichtung (20a...d) abrufbar, zu denen in den jeweils zugehörigen Aspektmodellen (AM1,AM2) Beschreibungen vorliegen.The respective data received from the data-transmitting device (20a...d) are made available at the output interfaces (3a...k) and can be called up there. A reference to one or more associated aspect models (AM 1 , AM 2 ) is also assigned to each output interface (3a...k). The output interface (3a...k) can be used to call up those data from the data-transmitting device (20a...d) for which there are descriptions in the respective associated aspect models (AM 1 , AM 2 ).
Jedes Aspektmodell (AM1,AM2) beschreibt hierbei also eine Datenstruktur, über die die zugehörige Ausgangsschnittstelle (3a...k) Zugriff auf die jeweils vom Aspektmodell (AM1,AM2) definierte Teile der Daten ermöglicht und stellt hierzu beschreibende Informationen bereit.Each aspect model (AM 1 ,AM 2 ) describes a data structure via which the associated output interface (3a...k) allows access to the parts of the data defined by the aspect model (AM 1 ,AM 2 ) and provides descriptive information for this ready.
Erste (3a), zweite (3b) und dritte Ausgangsschnittstelle (3c) sind an ein erstes Endgerät (30a) angeschlossen, z.B. einen Monitor zum Darstellen der über die angeschlossenen Ausgangsschnittstellen empfangenen Daten, oder eine Datenverarbeitungsvorrichtung, die die empfangenen Daten weiterverarbeitet, z.B. in einer Datenbank abspeichert.First (3a), second (3b) and third output interface (3c) are connected to a first terminal (30a), for example a monitor for displaying the output interfaces connected to emp catch data, or a data processing device that further processes the received data, eg stores it in a database.
Dadurch, dass die Daten, auf die die Ausgangsschnittstelle (3a...k) Zugriff bietet, durch das zugeordnete Aspektmodell (AM1,AM2) erfolgt, erfolgt ein homogener Zugriff auf die Daten, obwohl an der Eingangsschnittstelle (2a...d) unterschiedliche Vorrichtungen (20a...d) angeschlossen sein können.Because the data, to which the output interface (3a...k) offers access, takes place through the assigned aspect model (AM 1 ,AM 2 ), the data is accessed homogeneously, although at the input interface (2a... d) different devices (20a...d) can be connected.
Hierzu wird in einer Registratur (11), die beispielsweise im Speicher (21) hinterlegt sein kann, eine Ein- oder Mehrzahl Identifikatoren (12) der zu koppelnden ersten Vorrichtung (20a) gespeichert, ebenso Zugriffsadressen (17a, 17d), unter denen auf die Ausgangsschnittstellen (3a...3k) zugegriffen werden kann, die den Aspekt-Agenten (1a...k) zugeordnet sind, die der zu koppelnden Vorrichtung, hier: der ersten Vorrichtung (20a) zugeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel adressieren Zugriffsadressen (17a, 17b) die erste Ausgangsschnittstelle (3a) und die vierte Ausgangsschnittstelle (3b).For this purpose, a single or multiple identifiers (12) of the first device (20a) to be coupled are stored in a registry (11), which can be stored in the memory (21), for example, as well as access addresses (17a, 17d) under which the output interfaces (3a...3k) can be accessed which are assigned to the aspect agents (1a...k) which are assigned to the device to be coupled, here: the first device (20a). In the exemplary embodiment, access addresses (17a, 17b) address the first output interface (3a) and the fourth output interface (3b).
Ferner wird in der Registratur (11) für jede Ausgangsschnittstelle (3a, 3d), also jeden Aspekt-Agenten (1a, 1d) ein Verweis (16a, 16b) auf das beschreibende Aspektmodell (AM1, AM2), das im Modellrepositorium bereitgestellt wird, bereitgestellt.Furthermore, in the registry (11) for each output interface (3a, 3d), i.e. each aspect agent (1a, 1d), a reference (16a, 16b) to the descriptive aspect model (AM 1 , AM 2 ) provided in the model repository will be provided.
Die Topologie kann selbstverständlich abweichen. Insbesondere ist es möglich, dass in der Registratur eine nach Identifikatoren (12) filterbare Datenstruktur, beispielsweise eine Tabelle) hinterlegt ist.The topology can of course vary. In particular, it is possible for a data structure, for example a table, that can be filtered according to identifiers (12) to be stored in the registry.
Wird nun ein Endgerät (30a) das eine vom Nutzer vorgebbare Aktion auf den von der - im Beispiel - ersten Vorrichtung (20a), ausführen soll, so sind über Zugriffsadressen (17a, 17b) die von der ersten Vorrichtung (20a) über die erste Eingangsschnittstelle (2a) gelieferten Daten an der ersten (3a) und vierten (3d) Ausgangsschnittstelle abgreifbar, verbunden mit hinterlegten Aspektmodellen (AM1,AM2), die jeweils einen Teilaspekt der gelieferten Daten beschreiben.If a terminal (30a) is to perform an action that can be specified by the user on the first device (20a) - in the example - then access addresses (17a, 17b) are those of the first device (20a) via the first Input interface (2a) supplied data at the first (3a) and fourth (3d) output interface can be tapped, connected to stored aspect models (AM 1 , AM 2 ), each describing a partial aspect of the data supplied.
Zunächst (100) wird ein von einem Nutzer, beispielsweise einem Wartungsingenieur, ein Aspektmodell (AM1, AM2) für Wartungsinformationen im Modellrepositorium bereitgestellt.First (100) a user, for example a maintenance engineer, provides an aspect model (AM 1 , AM 2 ) for maintenance information in the model repository.
Dann (110) wird eine Nutzereingabe empfangen, die auf dieses bereitgestellte Aspektmodell (AM1, AM2) zugreift. Dann wird, insbesondere automatisiert, ein Aspekt-Agent (1a...k) generiert, der eingerichtet ist, Daten vom Hochofen zu empfangen, darin enthaltene Wartungsdaten zu selektieren, ggf. zu transformieren und an seiner Ausgangsschnittstelle (3a...k) bereitzustellen.Then (110) a user input is received that accesses this provided aspect model (AM 1 , AM 2 ). An aspect agent (1a...k) is then generated, in particular automatically, which is set up to receive data from the blast furnace, to select the maintenance data contained therein, to transform it if necessary and at its output interface (3a...k) to provide.
Anschließend (120) erfolgt für jeden zu verbindenden Hochofen dieses Typs die Eintragung eines separaten digitalen Zwillings (14) in der Registratur (11).Then (120) a separate digital twin (14) is entered in the registry (11) for each blast furnace of this type to be connected.
Insbesondere kann jedem digitalen Zwilling ein Eintrag oder mehrere Einträge in der Registratur hinzugefügt werden (130) mit Identifikatoren des jeweilig angeschlossenen Hochofens. Dies erlaubt die Nachvollziehbarkeit von welchen Vorrichtungen (20a...d) ein Aspekt Agent (1a...k) Daten bereitstellt.In particular, one or more entries in the registry can be added to each digital twin (130) with identifiers of the respective connected blast furnace. This allows the traceability of which devices (20a...d) an aspect agent (1a...k) provides data.
Generell kann der digitale Zwilling eine separat vorgehaltene Datenstruktur sein, es ist aber auch möglich, dass er in eine größere Datenstruktur eingebettet ist. So ist es beispielsweise möglich, dass die Informationen die den digitalen Zwilling ausmachen, in einer Liste aggregiert sind. So kann der digitale Zwilling einer vorgebbaren angeschlossenen Vorrichtung dann beispielsweise durch Filtern der Liste nach dem Indikator der vorgebbaren angeschlossenen Vorrichtung bereitgestellt werden.In general, the digital twin can be a separately maintained data structure, but it is also possible that it is embedded in a larger data structure. For example, it is possible for the information that makes up the digital twin to be aggregated in a list. The digital twin of a specifiable connected device can then be provided, for example, by filtering the list according to the indicator of the specifiable connected device.
Anschließend (140) erfolgt für jeden digitalen Zwilling (14) in der Registratur (11) ein Eintrag der Ausgangsschnittstelle (3a...k) für den jeweiligen Aspekt-Agenten (1a...k), hier also des Wartungs-Aspektmodells.Then (140) an entry of the output interface (3a...k) for the respective aspect agent (1a...k), here the maintenance aspect model, is made for each digital twin (14) in the registry (11).
Damit ist der Hochofen angekoppelt.This connects the blast furnace.
Anschließend kann ein anderer Nutzer ebenfalls auf dieses Aspektmodell (AM1,AM2) zugreifen, und einen Aspekt-Agenten generieren, der Daten von einem Schweißroboter abholt, entsprechend Wartungsdaten selektiert, transformiert und an der Ausgangsschnittstelle bereitstellt.Another user can then also access this aspect model (AM 1 ,AM 2 ) and generate an aspect agent that collects data from a welding robot, selects maintenance data accordingly, transforms it and makes it available at the output interface.
Zunächst (150) folgt ein Schritt, der Schritt (120) analog ist.First (150) there follows a step which is analogous to step (120).
Dann (160) folgt ein Schritt, der Schritt (130) analog ist.Then (160) follows a step analogous to step (130).
Dann (170) folgt ein Schritt, der Schritt (140) analog ist.Then (170) follows a step analogous to step (140).
In diesem Beispiel kann nun ein Computerprogramm, das auf dieses Wartungs-Aspektmodell zugreift, zur Planung von Wartungsarbeiten bereitgestellt werden. Dieses Computerprogramm kann jetzt sowohl für Hochöfen, als auch für Schweißroboter verwendet werden. Dieses Computerprogramm kann hierbei wie beschrieben auf die Registratur (11) zugreifen.In this example, a computer program that accesses this maintenance aspect model can now be provided for planning maintenance work. This computer program can now be used for both blast furnaces and welding robots. This computer program can access the registry (11) as described.
Das jeweilige Aspektmodell (AM1, AM2) folgt hierbei den Regeln eines Metamodells. Insbesondere ist das Aspektmodell (AM1,AM2) strukturell ein gerichteter Graph, in dem Knoten individuelle Datenpunkte (sogenannte „Properties“, nach dem englischen Wort für „Eigenschaften“) sowie Gruppen von Datenpunkten repräsentieren, beschreiben und identifizieren, welche an der Ausgangsschnittstelle (3a...k) eines Aspekt Agenten (1a...k) bereitgestellt werden.The respective aspect model (AM 1 , AM 2 ) follows the rules of a meta model. In particular, the aspect model (AM 1 ,AM 2 ) is structurally a directed graph in which nodes represent, describe, and identify individual data points (so-called "properties") as well as groups of data points that are generated at the exit interface (3a...k) of an aspect agent (1a...k) are provided.
Die Struktur des gerichteten Graphen (d.h., die Verbindungen zwischen den Knoten der Datenpunkte und Datenpunktgruppen) erlaubt damit die eindeutige Ableitung der Struktur der (Laufzeit-)Daten die an der Ausgangsschnittstelle (3a..k) des Aspekt Agenten (1a...k) bereitgestellt werden.The structure of the directed graph (i.e., the connections between the nodes of the data points and data point groups) thus allows the clear derivation of the structure of the (runtime) data at the output interface (3a..k) of the aspect agent (1a...k ) to be provided.
Ferner enthält ein Aspektmodell (AM1, AM2)-Graph ein oder mehrere Teilgraphen (sogenannte „characteristics“, nach dem englischen Wort für „Charakteristiken“), welche die Eigenschaften (Datentyp, Wertebereich, physikalische Einheit etc.) der repräsentierten Datenpunkte festlegen, wobei beim Traversieren des Graphen bis zu einem vorgebbaren Datenpunkt auch mindestens ein oder mehrere solcher Charakteristik-Teilgraphen für den Datenpunkt eindeutig erreichbar sind. Dies ist wichtig, weil die durch einen Aspekt Agenten bereitgestellten (Laufzeit-)Daten die vorgegebenen Eigenschaften aufweisen und entsprechend interpretiert werden müssen. Damit ist es möglich, diese Eigenschaften beim Traversieren eindeutig zu ermitteln und bereitzustellen.Furthermore, an aspect model (AM 1 , AM 2 ) graph contains one or more partial graphs (so-called "characteristics" after the English word for "characteristics"), which define the properties (data type, value range, physical unit, etc.) of the represented data points , wherein when the graph is traversed up to a predefinable data point, at least one or more such characteristic partial graphs can also be unambiguously reached for the data point. This is important because the (runtime) data provided by an aspect agent has the specified properties and must be interpreted accordingly. This makes it possible to clearly determine and provide these properties when traversing.
In
Dargestellt sind zunächst zwei Datenpunkte mit der Bezeichnung „Leistungsaufnahme“ und „Betriebstemperatur“. Während Leistungsaufnahme eine skalaren Wert „35000“ hat, ist der Wert von „Betriebstemperatur“ ein komplexes Objekt, das wiederum zwei weitere Datenpunkte enthält: „innen“ und „außen“ mit jeweils den skalaren Werten „600,0“ und „35,6“.First, two data points are shown with the designations "power consumption" and "operating temperature". While power consumption has a scalar value of "35000", the value of "operating temperature" is a complex object, which in turn contains two more data points: "inside" and "outside", with scalar values of "600.0" and "35.6", respectively “.
Schließlich ist es auch möglich, dass von Seiten des Endgeräts (30a...c) an der Ausgangsschnittstelle über sogenannte „Operationen“ Zugriffe auf Laufzeitdaten vorgegeben werden können, oder ein Zugriff auf Informationen über die Laufzeitdaten erfolgt, oder ein Zugriff auf Funktionen erfolgt, über die die angeschlossene Vorrichtung angesteuert werden kann.Finally, it is also possible for the end device (30a...c) at the output interface to be able to specify access to runtime data via so-called "operations", or for information about the runtime data to be accessed, or for functions to be accessed, via which the connected device can be controlled.
Ebenfalls möglich ist es, eine Operation im Aspektmodell zu definieren, als seine Funktion die aufgerufen werden kann (z.B. „Hochofen anschalten“ oder „Hochofen ausschalten“). Eine solche Operation kann Eingabedaten benötigen, und kann Ausgabedaten liefern. Diese können ebenfalls in den Aspektmodellen beschrieben sein, wobei die Eigenschaften der repräsentierten Datenpunkte der Ein-/Ausgabedaten ebenfalls mit Charakteristik-Teilgraphen beschrieben sind. Diese Ein-/Ausgabedaten können Teil der ansonsten auch abrufbaren Daten sein oder nicht.It is also possible to define an operation in the aspect model as its function that can be called (e.g. "Switch on blast furnace" or "Switch off blast furnace"). Such an operation may require input data, and may provide output data. These can also be described in the aspect models, with the properties of the represented data points of the input/output data also being described with characteristic partial graphs. This input/output data may or may not be part of the otherwise retrievable data.
Beispielsweise enthält ein „Betriebszustands-Aspektmodell“ des Ofens die Repräsentation eines Datenpunktes „Status“, wobei der Charakteristik Teilgraph zwei mögliche Werte als Wertebereich beschreibt: „an“ oder „aus“. Darüber hinaus kann das Betriebszustand Aspekt Modell die Operation „Einschalten“ angeben, deren Ausgabedaten ebenfalls die Repräsentation des Datenpunkts „Status“ enthält.For example, an "operating state aspect model" of the furnace contains the representation of a data point "Status", with the characteristic subgraph describing two possible values as a value range: "on" or "off". In addition, the operating state aspect model can specify the operation "switch on" whose output data also contains the representation of the data point "status".
Ein Aspekt-Agent der einem Aspektmodell mit Operationen folgt, muss den Aufruf dieser Operationen an seiner „Ausgangschnittstelle“ mithin als Eingangsschnittstelle für den Informationsfluss in die entgegengesetzte Richtung anbieten.An aspect agent that follows an aspect model with operations must therefore offer the call of these operations at its "output interface" as an input interface for the flow of information in the opposite direction.
Die Eigenschaften die durch die Charakteristik-Teilgraphen innerhalb eines Aspektmodells festgelegt werden können, um die im Aspektmodell repräsentierten Datenpunkte zu beschreiben, sind durch ein Metamodell vorgegeben. Hierbei sind die zur Beschreibung verwendbaren Eigenschaften in Klassen gegliedert. Diese Klassen sind in einer hierarchischen Struktur zur Beschreibung eines repräsentierten Datenpunktes auswählbarer Klassen vorgegeben.The properties that can be defined by the characteristic subgraphs within an aspect model in order to describe the data points represented in the aspect model are specified by a meta model. The properties that can be used for the description are divided into classes. These classes are specified in a hierarchical structure for describing a represented data point of selectable classes.
Darüber hinaus erlaubt die Festlegung der zur Beschreibung der Datenpunkte möglichen Eigenschaften in einer Klassenhierarchie das Erstellen von Aspektmodellen in einem Editor, der Nutzern eine einfache Auswahl der zur Beschreibung zur Verfügung stehenden Elemente ermöglicht.In addition, defining the properties that can be used to describe the data points in a class hierarchy allows the creation of aspect models in an editor that allows users to easily select the elements available for description.
Ein Beispiel einer solchen Klassenhierarchie ist in
Die in
- Die „Temp-Set-Eigenschaften“ sind von der Klasse „Single Entity“, die „Temperatur-Eigenschaften“ sind von der Klasse „Measurement und die „Power-Eigenschaften“ sind ebenfalls von der Klasse „Measurement“.
- The "Temp Set Properties" are of the "Single Entity" class, the "Temperature Properties" are of the "Measurement" class and the "Power Properties" are also of the "Measurement" class.
Hierbei sind die konkreten Ausprägungen der Charakteristik-Teilgraphen Instanziierungen der in der Klassenhierarchie bereitgestellten Klassen.In this case, the concrete occurrences of the characteristic partial graphs are instantiations of the classes provided in the class hierarchy.
Das Vorgeben einer hierarchischen Struktur von Klassen in einem Metamodell mit Eigenschaften zur Datenpunktbeschreibung ist Voraussetzung um die Aspektmodelle, die dem Metamodell folgen, zu verwenden.The specification of a hierarchical structure of classes in a meta model with properties for data point description is a prerequisite for using the aspect models that follow the meta model.
Beispielsweise kann ein Aspekt-Agent (1a...k) automatisiert aus existierenden Aspektmodellen erstellt werden.
•For example, an aspect agent (1a...k) can be created automatically from existing aspect models.
•
Alternativ oder zusätzlich können Auswertungsfunktionen (genauer: ein Programmcode dieser Auswertungsfunktion) zur automatisierten Verarbeitung von Daten, die durch Aspekt-Agenten (1a...k) an ihrer jeweiligen Ausgangschnittstelle (3a...k) bereitgestellt werden, generiert werden.Alternatively or additionally, evaluation functions (more precisely: a program code for this evaluation function) for the automated processing of data provided by aspect agents (1a...k) at their respective output interface (3a...k) can be generated.
Alternativ oder zusätzlich können die Auswertungsfunktionen mit Aspektmodellen parametrisiert werden.Alternatively or additionally, the evaluation functions can be parameterized with aspect models.
Alternativ oder zusätzlich können Beschreibungen in IDL (Interface Description Language) aus bereitgestellten Aspektmodellen generiert werden. Diese können wiederum verwendet werden, um eine Applikation in die Lage zu versetzen, die durch den jeweiligen Aspekt Agenten bereitgestellten Daten zu konsumieren. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, semantische Beschreibungen in Ontologie- oder Logikformaten wie z.B. OWL (Web Ontology Language) oder CL (Common Logic) aus existierenden Aspektmodellen zu generieren. Hierdurch ist es möglich, die durch einen Aspekt Agenten bereitgestellten Daten sowie die zugehörigen Aspektmodelle in einer strukturierten Datenbank wie einem Wissensgraphen (Englisch: „Knowledge Graph“) zu integrieren.Alternatively or additionally, descriptions in IDL (Interface Description Language) can be generated from provided aspect models. In turn, these can be used to enable an application to consume the data provided by the respective aspect agents. Alternatively or additionally, it is possible to generate semantic descriptions in ontology or logic formats such as OWL (Web Ontology Language) or CL (Common Logic) from existing aspect models. This makes it possible to integrate the data provided by an aspect agent and the associated aspect models in a structured database such as a knowledge graph.
Alternativ oder zusätzlich können fachliche bzw. technische Beschreibungen aus bereitgestellten Aspektmodellen generiert werden, die in textueller und grafischer Form die Semantik des Aspektmodells in der jeweiligen Domäne beschreiben, wobei die Beschreibung die Struktur der durch den Aspekt-Agenten (1a...k) an seiner Ausgangsschnittstelle (3a...k) bereitgestellten Daten enthält und darüber hinausgehend die Einordnung in den fachlichen Kontext und die Verbindung zu Elementen aus jeweils relevanten Standards und Normen umfasst.Alternatively or additionally, professional or technical descriptions can be generated from provided aspect models, which describe the semantics of the aspect model in the respective domain in textual and graphical form, with the description of the structure of the aspect agents (1a...k) on contains the data provided at its output interface (3a...k) and also includes the classification in the technical context and the connection to elements from the relevant standards and norms.
Derartige Fragmente, also Auswertungsfunktionen oder Beschreibungen können aus bereitgestellten Aspektmodellen nach einem der im Folgenden dargestellten Verfahren generiert werden.Such fragments, ie evaluation functions or descriptions, can be generated from provided aspect models according to one of the methods presented below.
Eine Ausführungsform des ersten derartigen Verfahrens sieht vor, dass dabei der Graph des Aspektmodells (vorzugsweise rekursiv) traversiert wird. Ferner wird eine Abbildungsfunktion angewendet, die aus dem jeweiligen Element des Aspektmodells unter Berücksichtigung der zugehörigen Semantik des Metamodells ein geeignetes Teilelement des Zielformats erzeugt.An embodiment of the first such method provides that the graph of the aspect model is traversed (preferably recursively). Furthermore, a mapping function is applied, which generates a suitable sub-element of the target format from the respective element of the aspect model, taking into account the associated semantics of the meta-model.
Im Falle der Auswertungsfunktion sind die Teilelemente beispielsweise Klassen oder Funktionen.In the case of the evaluation function, the sub-elements are classes or functions, for example.
Beispielsweise kann zur Erzeugung einer Überwachungsanwendung von Betriebsdaten für Hochöfen in der Produktion eine Abbildungsfunktion definiert werden, nach der alle Datenpunkte, welche durch einen Charakteristik Teilgraphen beschrieben sind, der eine Instanziierung der Klasse „Measurement“ ist, auf eine vorgebbare Klasse abgebildet werden. Ferner erlauben die erzeugten Klassen dann automatisch Zugriff auf die Einheit des Datenpunktes mit einer vorgegebenen Funktion, wie in den folgenden Zeilen Pseudocode beispielhaft dargestellt.
Property(Characteristic.class = Quantifiable) -> Class<Property.name> (Characteristic.class = Quantifiable).unit -> Funktion: getUnit()For example, to generate a monitoring application for operating data for blast furnaces in production, a mapping function can be defined, according to which all data points that are described by a characteristic subgraph, which is an instantiation of the "Measurement" class, are mapped to a specifiable class. Furthermore, the generated classes then allow automatic access to the unit of the data point with a specified function, as shown in the following lines of pseudocode as an example.
Property(Characteristic.class = Quantifiable) ->Class<Property.name> (Characteristic.class = Quantifiable).unit -> Function: getUnit()
Die Anwendung dieser Abbildungsfunktionen auf das in Zusammenhang mit
Temperatur.innen Temperatur.außen LeistungsaufnahmeThe application of these mapping functions to the associated with
temperature.inside temperature.outside power consumption
Da die Klasse „Measurement“ entsprechend der in
Jede der generierten Programmcode-Klassen erlaubt Zugriff auf die jeweilige physikalische Einheit (Celsius bzw. Watt) über den Aufruf der vorgegebenen Funktion .getUnit ().Each of the generated program code classes allows access to the respective physical unit (Celsius or Watt) by calling the specified .getUnit () function.
Die auf diese Weise erzeugten Programmcode-Klassen erlauben die Anzeige der an seiner Ausgangsschnittstelle (3a...k) bereitgestellten Daten eines Aspekt Agenten (1a...k), der Daten entsprechend dem Aspektmodell bereitstellt, mit automatischer korrekter Anzeige der physikalischen Einheit der dargestellten Werte.The program code classes generated in this way allow the display of the data provided at its output interface (3a...k) of an aspect agent (1a...k), which provides data according to the aspect model, with automatic correct display of the physical unit of the values shown.
Darüber hinaus kann dieselbe Anwendung beliebige andere Datenpunkte (mit einer „Quantifiable“ Charakteristik) anderer Aspekt Agenten anzeigen durch analoges automatisiertes Erzeugen weiterer Programmcode-Klassen für die entsprechenden Aspektmodelle.In addition, the same application can display any other data points (with a "quantifiable" characteristic) of other aspect agents by analogously automated generation of further program code classes for the corresponding aspect models.
Eine spezifischere Verwendung der Semantik der Elemente in dem Aspektmodell ist ebenfalls möglich, wie z.B. durch Konfiguration durch den Nutzer der Anwendung, die beispielsweise festlegen kann, dass Datenpunkte nach der Charakteristik „Temperatur Eigenschaften“ durch in einer vorgebbaren grafischen Form, beispielsweise in Form eines Thermometers, bzw. Datenpunkte der Charakteristik „Power Eigenschaften“ eine Pegel-Anzeige dargestellt werden sollen.A more specific use of the semantics of the elements in the aspect model is also possible, e.g. by configuration by the user of the application, which can specify, for example, that data points according to the characteristic “temperature properties” in a definable graphical form, for example in the form of a thermometer , or data points of the "Power Properties" characteristic are to be displayed as a level display.
Eine Ausführungsform eines zweiten Verfahrens zum Generieren der Auswertungsfunktionen oder Beschreibungen sieht vor, für jedes Zielformat eine Menge von Mustern („Patterns“) bereitzustellen, die Untergraphen eines Aspektmodells (strukturell sowie inhaltlich) erkennen können, d.h. das eine Musterprüfungsfunktion für alle Untergraphen des Aspektmodells überprüft, ob diese (strukturell oder inhaltlich) mit dem bereitgestellten Muster übereinstimmen und im Falle einer Übereinstimmung dieser Untergraph als erkannt bereitgestellt wird.An embodiment of a second method for generating the evaluation functions or descriptions provides a set of patterns ("patterns") for each target format that can recognize subgraphs of an aspect model (structural and content-related), i.e. a pattern check function checks all subgraphs of the aspect model whether these (structurally or in terms of content) match the provided pattern and, if they match, this subgraph is provided as recognized.
Jedem Muster wird dabei eine zugehörige Menge von Teilelementen des Zielformates zugeordnet. Für den Generierungsvorgang werden alle Muster für das jeweilige Zielformat durchlaufen, jedes Muster auf das Ausgangs-Aspektmodell angewendet und der aus der Mustererkennung resultierende Untergraph des Aspektmodells auf die Teilmengen des Zielformats abgebildet. Abschließend werden alle Teilmengen vereinigt, um das Ergebnis zu erhalten.An associated set of partial elements of the target format is assigned to each pattern. For the generation process, all patterns for the respective target format are run through, each pattern is applied to the starting aspect model, and the subgraph of the aspect model resulting from pattern recognition is mapped to the subsets of the target format. Finally, all subsets are combined to get the result.
Beispielsweise kann bei der automatischen Generierung eines Aspekt Agenten der an einen Hochofen gekoppelt werden soll vorgesehen sein, dass die Zugriffsadressen der Ausgangsschnittstellen erzeugt werden, so dass neben dem vollständigen Abruf aller im zugehörigen Aspektmodell beschriebenen Datenpunkte auch ein individueller Abruf der einzelnen Datenpunkte durch eine diese Daten konsumierende Anwendung ermöglicht wird.For example, in the automatic generation of an aspect agent that is to be linked to a blast furnace, it can be provided that the access addresses of the output interfaces are generated, so that in addition to the complete retrieval of all data points described in the associated aspect model, an individual retrieval of the individual data points by one of these data consuming application is enabled.
Hierzu werden Pfade der Zugriffsadresse wie folgt generiert: Die Generierung umfasst das Festlegen eines Musters, Anwendung auf das jeweilige Aspektmodell und eine Abbildung auf Pfadelemente, wie folgt:
- Jeder repräsentierte Datenpunkt ergibt ein Pfadelement mit dem Namen des Datenpunktes. Ist ein repräsentierter Datenpunkt Teil einer Datenpunktsgruppe, ist das zugehörige Pfadelement der Nachfolger desjenigen Pfadelements, das dieser Datenpunktsgruppe zugeordnet ist.
- Each data point represented results in a path element with the name of the data point. If a represented data point is part of a data point group, the associated path element is the descendant of the path element that is assigned to this data point group.
Dies erfolgt innerhalb des durch das Metamodell vorgegebenen Charakteristik-Teilgraphen.This takes place within the characteristic subgraph specified by the metamodel.
Angewandt auf das beispielhaft in Zusammenhang mit
/Betriebsdaten/Temperatur/innen /Betriebsdaten/Temperatur/außen /Betriebsdaten/LeistungsaufnahmeApplied to the example related to
/Operating data/Temperature/Inside /operating data/temperature/outside /Operating data/Power consumption
(Hierbei wird als allgemeine Zugriffsadresse zum Abruf aller durch das Aspektmodell beschriebenen Datenpunkte
/Betriebsdatenangenommen.)(This is used as a general access address for retrieving all data points described by the aspect model
/Operational dataassumed.)
Damit die beiden vorgestellten Verfahren durchführbar sind, ist die hierarchische Struktur des Metamodells sowie das Befolgen der Regeln des Metamodells durch das jeweilige Aspektmodell wesentlich. Darüber hinaus ist die Beschreibung der über die Struktur der Daten hinausgehende Semantik in Form von Charakteristiken, die als Modellelemente inhärenter Bestandteil eines Aspektmodells sind, erforderlich. Abbildungsfunktionen von Aspektmodell-Elementen bzw. Untergraphen des Aspektmodells auf das jeweilige Zielformat müssen nicht nur in der Lage sein, Bezug auf die durch das Metamodell vorgegebene Semantik der jeweiligen Modellelemente zu nehmen, sondern müssen auch die Vererbungshierarchien der referenzierten Metamodellelemente auswerten können. Dies ist notwendig sowohl für die Erzeugung von Programmcode für Auswertefunktionen, bei der die Vererbungshierarchie mitgenutzt werden kann um - wo notwendig - analoge Strukturen in erzeugten Klassen zu erreichen. Ebenso ist es bei der Erzeugung anderer Formate erforderlich, bei denen erst die Vererbung den Grad der Entkopplung der generierten Strukturen gewährleistet, der für deren Nutzung effektiv notwendig ist.The hierarchical structure of the meta-model and compliance with the rules of the meta-model by the respective aspect model are essential for the two methods presented to be practicable. In addition, the description of the semantics that go beyond the structure of the data in the form of characteristics, which as model elements are an inherent part of an aspect model, is required. Mapping functions from aspect model elements or subgraphs of the aspect model to the respective target format must not only be able to refer to the semantics of the respective model elements specified by the meta model, but must also be able to evaluate the inheritance hierarchies of the referenced meta model elements. This is necessary both for the generation of program code for evaluation functions, in which the inheritance hierarchy can also be used in order - where necessary - to achieve analogous structures in generated classes. It is also required when generating other formats, where only inheritance ensures the degree of decoupling of the generated structures that is necessary for their effective use.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Informationsverarbeitungssystem umfassend die Datenintegrationsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche und mindestens eine angeschlossene Vorrichtung (20a, ..., 20d).In a further aspect, the invention relates to an information processing system comprising the data integration device (10) according to one of the preceding claims and at least one connected device (20a, ..., 20d).
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die angeschlossene Vorrichtung (20a, ..., 20d) ein Sensor und/oder ein ERP-System und/oder eine Fertigungsmaschine und/oder ein Roboter und/oder ein Fahrzeug und/oder eine Ladestation ist. Provision can be made here for the connected device (20a, . . . , 20d) to be a sensor and/or an ERP system and/or a production machine and/or a robot and/or a vehicle and/or a charging station.
Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem umfassend die Datenintegrationsvorrichtung (10) vorgesehen sein, umfassend ein Endgerät (30a...c) zum Verarbeiten von Daten, die an der Ausgangsschnittstelle (3a...k), an die das Endgerät (30a...c) angeschlossen ist, bereitgestellt werden.Furthermore, an information processing system comprising the data integration device (10) can be provided, comprising a terminal (30a...c) for processing data which is sent to the output interface (3a...k) to which the terminal (30a...c ) is connected.
Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem umfassend die Datenintegrationsvorrichtung vorgesehen sein umfassend eine Auswertungsfunktion zum Verarbeiten der an der Ausgangsschnittstelle (3a...k) bereitgestellten Daten, wobei die Auswertungsfunktion mit dem Aspektmodell (AM1,AM2) der zu der Ausgangsschnittstelle (3a...k) zugehörigen Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a...k) generiert ist.Furthermore, an information processing system comprising the data integration device can be provided comprising an evaluation function for processing the data provided at the output interface (3a...k), the evaluation function using the aspect model (AM 1 ,AM 2 ) of the output interface (3a... k) associated aspect processing device (1a...k) is generated.
Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem vorgesehen sein, wobei die Auswertungsfunktion mit dem Aspektmodell (AM1, AM2) der zu der Ausgangsschnittstelle (3a...k) zugehörigen Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a...k) parametriert ist.An information processing system can also be provided, the evaluation function being parameterized with the aspect model (AM 1 , AM 2 ) of the aspect processing device (1a...k) associated with the output interface (3a...k).
Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem vorgesehen sein, wobei das Endgerät (30a...c) eingerichtet ist, eine mit einem Aspektmodell (AM1,AM2) generierte Beschreibung zu verwenden.An information processing system can also be provided, with the terminal (30a...c) being set up to use a description generated with an aspect model (AM 1 , AM 2 ).
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Beschreibung eine semantische Beschreibung in einem Ontologie- oder Logikformat umfasst.It can be provided that the description includes a semantic description in an ontology or logic format.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Endgerät (30a...c) einen Wissensgraphen umfasst, und wobei das Endgerät (30a...c) eingerichtet ist, die an einer Ausgangsschnittstelle (30a...c) durch die zugehörige Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a...k) bereitgestellten Daten sowie die zugehörigen Aspektmodelle (AM1,AM2) in dem Wissensgraphen zu integrieren.Provision can be made here for the end device (30a...c) to include a knowledge graph, and the end device (30a...c) being set up to be connected to an output interface (30a...c) by the associated aspect processing device (1a ... k) to integrate the data provided and the associated aspect models (AM 1 , AM 2 ) in the knowledge graph.
Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem vorgesehen sein, bei dem das Endgerät (30) eine Beschreibung bereithält, die eine Semantik eines der Aspektmodelle (AM1,AM2) beschreibt, wobei diese Beschreibung mittels des jeweiligen Aspektmodells (AM1, AM2) generiert ist.An information processing system can also be provided in which the terminal (30) provides a description that describes the semantics of one of the aspect models (AM 1 , AM 2 ), this description being generated using the respective aspect model (AM 1 , AM 2 ).
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Beschreibung eine Struktur der durch die Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a...k) an seiner Ausgangsschnittstelle (3a...k) bereitgestellten Daten enthält.It can be provided that the description contains a structure of the data provided by the aspect processing device (1a...k) at its output interface (3a...k).
Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem vorgesehen sein, bei dem das Generieren ein Traversieren des Graphen des Aspektmodells (AM1, AM2) umfasst.Furthermore, an information processing system can be provided, in which the generation includes a traversal of the graph of the aspect model (AM 1 , AM 2 ).
Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Generieren ein Anwenden einer Abbildungsfunktion umfasst, die aus einem Element des Aspektmodells (AM1,AM2) unter Berücksichtigung einer Semantik des Metamodells ein entsprechendes Teilelement der Auswertungsfunktion bzw. Beschreibung generiert.Provision can be made here for the generation to include the application of a mapping function, which generates a corresponding sub-element of the evaluation function or description from an element of the aspect model (AM 1 , AM 2 ), taking into account semantics of the meta-model.
Hierbei kann weiter vorgesehen sein, dass das entsprechende Teilelement der Auswertungsfunktion eine Klasse oder eine aufrufbare Funktion ist.It can also be provided that the corresponding partial element of the evaluation function is a class or a callable function.
Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem vorgesehen sein, bei dem das Generieren beinhaltet, mindestens ein Muster zum Identifizieren von Untergraphen des Graphen des Aspektmodells (AM1,AM2) bereitzustellen.Furthermore, an information processing system can be provided, in which the generating includes providing at least one pattern for identifying subgraphs of the graph of the aspect model (AM 1 ,AM 2 ).
BezugszeichenlisteReference List
- 1a...1k1a...1k
- Aspektverarbeitungsvorrichtung, Aspekt-AgentAspect Processing Device, Aspect Agent
- 2a...2d2a...2d
- Vorrichtungcontraption
- 3a...3k3a...3k
- Ausgangsschnittstelleoutput interface
- 1010
- Datenintegrationsvorrichtungdata integration device
- 1111
- Registraturregistry
- 1212
- Identifikator (der zu koppelnden Vorrichtung)identifier (of the device to be paired)
- 1313
- Zugriffsadresse auf digitalen ZwillingAccess address to digital twin
- 1414
- digitaler Zwillingdigital twin
- 15a, d15a, i.e
- Verweis auf Aspekt-AgentReference to Aspect Agent
- 2020
- Vorrichtungcontraption
- 20a...d20a...d
- Vorrichtungcontraption
- 3030
- Endgerätend device
- 30a...c30a...c
- Endgerätend device
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102018205872 A1 [0002]DE 102018205872 A1 [0002]
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